Arduino编程控制与应用课件：认知Arduino硬件

Arduino

编程控制与应用熟悉Arduino

编程软件认知Arduino硬件上次课程我们认识了Arduino

的编程软件，相当于我们已经接触到了Arduino

的灵魂，今天我们就将和Arduino

面对面交流，来认识Arduino

的相关硬件。导

入1新授New

teaching一、常见的Arduino

控制器三、Arduino

UNO的基本知识二、常见的Arduino

扩展硬件目

录常见的Arduino

控制器(

三

)微型化的Arduino一

、常见的Arduino

控制器(

二

)ArduinoMEGA

2560(四)Arduino101/

Genuino101(一)Arduino

UNO(

五

)

Arduino

DUEArduino

UNO环境动态控制

艺术表演小型自动控制自动天气检测站

背景辐射监测

家用安全系统

动态声音控制

灯光光控制

小型机器人

四轴飞行器智能小车

(小型3D

打印机Arduino

UNO是使用最为广泛的Arduino

控制器，有14路数字输入/输出接口，其实物如图所示；它功能完备、价格低廉、使用便利，最适合初学者选择。(

一

)Arduino

UNO一、常见的Arduino

控制器Arduino

MEGA2560数字输入/输出接口模拟输入口

具有PWM

输出功能的接口

UART

接口外部中断54路

16路

16路4路

6路Arduino

MEGA2560性能和整体配置都远比Arduino

UNO强大，其应用领域也较之更为广泛，

尤其是在3D打印机和机器人等项目中；(

二

)Arduino

MEGA2560一、常见的Arduino控制器①微型化Arduino

主要应用在一些对控制器外形尺寸要求严格的场合，常见的有ArduinoNano、Arduino

Mini、Arduino

Lilypad等版本，它们的外形如下图所示。②因为受外形尺寸

限制，有些甚至没有自带USB转串口模块(如

Arduino

Mini、

Arduino

Lilypad),

上传程序需要借助外部

模块来完成。③

以LilyPad为例它是一个小型可穿戴CPU

,它可以被缝在衣服、手套等穿戴设备上

控制其它外设。(三)微型化的Arduino一、常见的Arduino

控制器Arduino

Nano

Arduino

Mini

Arduino

Lilypad021

0

1

与UNO

同样带有14个I/O,6

个模拟输入，

一个用作串口通信和上传程序的USB

接口。此外，还额外增加了Bluetooth

LE

和6轴加速计、陀螺仪，让你轻松实现功能更丰富的创意。03101具有小巧的体积、强大的处理能力、联网能力以及很好的编程环境，可应用于机器

人、无人机控制以及穿戴设备开发等。01Arduino101/Genuino101

是一款性能出色的低功耗开发板，它基于IntelRCurieTM模组，性价比高，使用简单，其外形如右图所示。(四)Arduino101/Genuino101一

、常见的Arduino

控制器02主频可达84MHz,

引出54个数字管脚，其中12个可以用来连接PWM,

另有12个模拟输入/输出管脚，4

个串行接口UART,2

个DAC管脚，2个TWI管脚，1个

SPI插针，1个JTAG兼容调试管脚。03相对于UNO,DUE运行速度更快，功能更强大,多用在计算量比较大、端口较多的项目中。01Arduino

DUE

与大多数使用8位AVR

芯片的Arduino

控制板不同，它采用了32位的ARMCortex-

M3

作为主控芯片，其外形与ArduinoMEGA2560相

似，如图所示。(五)ArduinoDUE一、常见的Arduino控制器能够与Arduino连接实现功能扩展的电子模块可以分为传感器类和执行器类。(一)通用的电子模块二、常见的Arduino扩展硬件常见的传感器模块

常见的执行器类模块二

、常见的Arduino扩展硬件(一)通用的电子模块传感器类电子模块开关模块

环境感知模块电磁感知模块

通信模块如按钮开关、可调电阻等

如温湿度传感器、光传感器、麦克风、超声波测距传感器等如霍尔传感器等如蓝牙、Wi-Fi、

红外等执行器类电子模块电

机

发光设备

显示屏幕模块

发声设备

驱动模块如直流电机、舵机、步进电机等

如LED

等如黑白屏、彩屏、触摸屏等

如蜂鸣器、喇叭等

如继电器、L298N

芯片等很多第三方公司或个人为Arduino

设计了可以直接堆叠插接的扩展板，每块扩展板具有单种或多种特定功能。这些扩展板通常支持多块板堆叠插接，以达到扩展多个功能的目的，如图所示。(二)堆叠插接的扩展板二

、常见的Arduino扩展硬件支持堆叠插接的Arduino

扩展板三

、Arduino

UNO的基本知识Arduino

UNO是使用最广泛的Arduino

控制板，也是初学者入门学习的最佳选择，目前其最新版本为UNO

R3,主要组成部件如图所示。直流电源输入管脚串口通信指示灯电源管脚

模拟输入管脚USB连接管脚USB

转

串电源指

示灯ICSP编程

管脚可编程控制指示灯支持堆叠插接的Arduino

扩展板数字输入/输出管脚主控芯片复位按钮通过直流电源输入管脚供电，电压要求7～12V(因为从这个管脚

输入电源会经过板载稳压芯片降压

后再给控制板供电)。如果标注为“VIN”

的管脚，供电电压可以是7～12V(因为该管

脚供电同样会先经过板载稳压芯片

降压)。通过USB

连接管脚(方形口)供电，电压为5V。1通过电源管脚直接供电，如果是标注为“5V”

的管脚，供电电

压必须是5V;三

、Arduino

UNO的基本知识(一)控制板电源输入方式342串口通信指示灯，符号通常为“TX”

和“RX”

,其

中TX表示串口发送指令，RX

表示串口接收指令，上传程序过程中或激活串口通信功能时这两个指示灯会闪烁指示。

2当编程控制13号管脚为低电位时，该指示灯熄灭。通常使用该指

示灯辅助检查控制板是否可以正常工

作

。4电源指示灯，符号通常为“ON”,

当Arduino

控制板通电

时，该指示灯点亮。1可编程控制指示灯，符号通常为“L”,这颗指示灯通过控制板内部电路与Arduino13号管脚相连，当编程控制13号管脚为高电位时，该指示灯点亮；

3三

、Arduino

UNO的基本知识(二)板载指示灯三

、Arduino

UNO的基本知识(三)输入/输出管脚输入/输出管脚模拟输入

数字输入/

串口通信

外部中断PWM输出SPI通信TWI

通信管脚

输出管脚

管脚

管脚

管脚管脚

管脚数字输入/输出管脚，符号标注为“0”～“13”,共14个管脚，这些管脚可以通过程序灵活定义为输入模式或输出模式。当设置为输入模式时，管脚电压被外部

下拉后，获取输入值为0;管脚电压被外部上拉后，获取输入值为1。当设置为输出

模式时，控制管脚输出状态为1时，管脚电位状态为5V;

控制管脚输出状态为0时，

管脚电位状态为0V。模拟输入管脚，符号标注“A0”～“A5”的6个管脚为控制板的模拟输入管脚。这些输入管脚具有十位的分辨率(即可将输入值转换成210,共1024个值),默认

输入信号范围是0～5V

。特殊情况下也可以将这些管脚定义为数字输出管脚，管脚号为14～19。三

、Arduino

UNO的基本知识(三)输入/输出管脚串口通信管脚，符号标注为“0”和“1”的数字输入/输出管脚同时具备串口通信功能。这两个管脚也通过控制板内部电路与“USB

转串口芯片”相连，用于电脑向板载主控芯片上传程序、发送串口监视数据或与其它设备进行串口通信。外部中断管脚，符号标注为“2”和“3”的数字输入/输出管脚同时具备外部中断功能。PWM

输出管脚，符号标注为“3”、

“5”、

“6”、

“9”、“10”和“11”的数字输入/输出管脚同时具备PWM

输出功能。这些管脚输出精度为八位，即输出

范围可达28,共256个值。三

、Arduino

UNO的基本知识(三)输入/输出管脚SPI通信管脚，符号标注为“10”、“11”、“12”和“13”的数字输入/输出管脚可以被用于SPI

通信。其中“10”号管脚对应

“SS”,“11”号管脚对应

“MOSI”,“12”号管脚对应“MISO”,“13”

号管脚对应“SCK”。TWI

通信管脚

，符号标注为

“A4”

和

“A5”

的模拟输入管脚同时可被用于TWI

通信(兼容IIC通信)。其中“A4”

号管脚对应“SDA”,“A

5”

号管脚对应

“SCL”。三

、Arduino

UNO的基本知识(三)输入/输出管脚02ICSP

编程管脚，对应有“VCC”,“MIS

O”,“MOSI”,"SCK”,“GND”和“RESET”,

可以与专用的单

片机烧写器连接利用串行接口给

芯片烧写程序用，适合高阶单片

机玩家。但我们通常可以利用这

些管脚实现SPI通信功能。01AREF管脚，通常位于数字输入/输出管脚同一列，为模拟输入信号提供参考电压。三

、Arduino

UNO的基本知识(四)其它管脚01按下

“

复位按钮”,

可

以

重

启

Arduino,实现让控

制程序重头开始运行。02将“RESET”

管脚(通常位于电源管

脚处)连接“GND”同

样

可

以

重

启Arduino。三

、Arduino

UNO的基本知识(五)重启功能1.官方版控制板：如果购买的是官版的控制板(

Arduino

UNO

R3),

其USB

转串口芯片的型号为“

ATMEL

MEGA16U2”(正方形，如右下图所示),只需按要求安装相应的编程环境，系统会自动

安装驱动程序，安装完毕后会在【设理器】界面显示对应的串口编号，如左下图所示。(

六

)

安

装USB

转串口芯片的驱动程序三

、Arduino

UNO的基本知识端

口(COM和

LPT)Arduino

Uno

(COM10)Inte